авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«14 Секция 4 Неразрушающие методы контроля ...»

-- [ Страница 2 ] --

Основными функциями системы контроля являются:

• измерение значений параллельного и углового отклонений от соосности сварного соединения;

• сравнение измеренных значений отклонений с предельно допустимыми;

• индикация результатов измерения и контроля;

• хранение результатов контроля и их передача на рабочее место диспетчера через информационную сеть цеха.

• На индикаторную панель системы выводится следующая информация:

• номера контролируемой трубы и ее сварного соединения;

• порядковый номер измерения отклонений от соосности для данного сварного соединения (при многократных измерениях);

• дата и время измерения;

• наружный диаметр трубы, мм;

• значение базового расстояния, используемого при измерении угловой несоосности, мм • предельно допустимое значение параллельного отклонения от соосности, мм;

• предельно допустимое значение углового отклонения от соосности, мм/100 мм;

• результат измерения значения параллельного отклонения от соосности сварного соединения, мм;

• результат измерения значения углового отклонения от соосности сварного соединения, мм/100 мм;

• результат контроля (годен/брак);

• преобразованные в аналоговую форму показания индикатора угловых отклонений от соосности (для определения азимута оси максимальных радиальных биений).

Все результаты контроля передаются через информационную сеть цеха на персональный компьютер рабочего места диспетчера, а кроме того результаты контроля сохраняются в памяти электронного блока.

Структурная схема системы контроля приведена на рис. 1. Система контроля содержит два основных блока: измерительный блок (ИБ) и электронный блок (ЭБ) с подключенными к нему периферийными устройствами – монитором (Мр), клавиатурой (Кл) и мышью (М). Измерительный и электронный блоки соединены между собой кабелем связи (КС).

Измерение отклонений от соосности осуществляется следующим образом. Цикл измерения запускается автоматически при установке измерительного блока на контролируемую бурильную трубу в месте стыка тела трубы и ее замковой части. В процессе измерения осуществляется вращение трубы на ножевых вращающихся 53 Секция Неразрушающие методы контроля Кл Мр ЭБ ПК ЛС М И1 И КС ИБ Рис. 1. Структурная схема системы контроля соосности СКС 10.02:

ИБ – измерительный блок;

И1, И2 – индикаторы часового типа;

ЭБ – электронный блок;

Кл – клавиатура;

М – мышь;

Мр – монитор;

КС – кабель связи;

ЛС – локальная сеть;

ПК – персональный компьютер диспетчера опорах. Измерительный блок при вращении трубы удерживается на месте, но остается в постоянном контакте с поверхностью тела трубы через опорные подшипники и с поверхностью замковой части трубы через измерительные стержни двух индикаторов часового типа И1 и И1. Показание (выходной сигнал) индикатора x определяется в этом случае суммой начального показания x0 (до начала вращения трубы) и приращения x, обусловленного перемещением измерительного стержня индикатора вследствие возможной несоосности замковой части трубы относительно оси тела трубы:

x1 = x01 + x1 ;

x2 = x02 + x2, (2) где x1 и x2, x01 и x02, x1 и x2, – текущие, начальные показания и приращения показаний соответственно первого и второго индикаторов.

Для обеспечения максимальной достоверности результатов контроля сечение трубы, в котором производятся измерения первым индикатором, должно быть максимально приближено к плоскости сварного шва, а сечение трубы, в котором производятся измерения вторым индикатором, максимально приближено к торцу замковой части трубы.

Выходные сигналы индикаторов x1 и x2 преобразуются контроллером измерительного блока в форму, пригодную для передачи по интерфейсу RS 232, и передаются через кабель связи КС на вход электронного блока ЭБ.

В электронном блоке, основой которого является персональный компьютер с периферийными устройствами, осуществляется запись массивов значений сигналов x1 и x2, соответствующих различным углам поворота контролируемой трубы в диапазоне от 0° до 360°, и определение минимальных x1min и x2min и максимальных x1max и x2max значений сигналов из этих массивов.

Значения радиальных биений в первом и втором сечениях замковой части трубы 1 и 1 определяются следующим образом:

1 = x1max x1min ;

2 = x2 max x2min. (3) 54 Секция Неразрушающие методы контроля Далее производится вычисление значений параллельного a1 и углового a2, отклонений от соосности по формулам (1) и сравнение полученных значений с предельно допустимыми.

В процессе контроля вычисляются значения приращения показаний первого и второго индикаторов x1 и x2, которые в реальном времени отображаются в аналоговой форме на индикаторной панели системы.

Результаты контроля заносятся в электронный протокол контроля, выводятся на индикаторную панель, а также передаются по локальной сети ЛС на персональный компьютер диспетчера.

Основными элементами конструкции измерительного блока (рис. 1) являются основание, устанавливаемое при проведении контроля на тело трубы, штанга с закрепленными на ней цифровыми индикаторами часового типа и корпус, в котором размещена плата микроконтроллера, осуществляющего преобразование выходных сигналов индикаторов для передачи по интерфейсу RS 232 в электронный блок. Для облегчения движения основания по телу трубы используются шарикоподшипники.

Рис. 2. Конструкция измерительного блока: 1 – основание;

2 – штанга;

3 – индикаторы;

4 – корпус;

5 – ручка;

6 – подшипники;

7 – тело трубы;

8 – приварной замок;

9 – сварной шов Для обработки сигналов измерительной информации, ее хранения и визуализации, осуществляемых в электронном блоке, разработана специальная программа. На рис. 2 показана лицевая панель программы с пользовательским интерфейсом оператора.

Ниже приводятся основные техничекие характеристики системы контроля СКС 10. 55 Секция Неразрушающие методы контроля • наружный диаметр свариваемых заготовок от 43 мм до 108 мм • диапазон измеряемых значений параллельного отклонения от соосности 0…2 мм;

• диапазон измеряемых значений углового отклонения от соосности 0…10 мм/м;

• максимальная база измерения углового отклонения от соосности мм;

• допустимая погрешность измерения параллельного отклонения от соосности ± 0.05 мм;

• допустимая погрешность измерения углового отклонения от соосности ± 0.25 мм/м Рис. 2. Интерфейс оператора системы контроля соосности В марте 2009 года в ОАО «Завод бурового оборудования» (г. Оренбург) прошли успешные испытания макетного образца системы контроля соосности СКС 10.02, разрабатываемой в рамках выполнения хозяйственного договора. Испытания системы контроля проводились непосредственно в цехе на трубном участке. В ходе проведенных испытаний отмечено, что метрологические параметры системы контроля соответствуют требованиям технического задания, система имеет удобную панель управления и индикации, а также возможность протоколирования результатов контроля.

56 Секция Неразрушающие методы контроля Список литературы 3. ГОСТ Р 51245-99 Трубы бурильные стальные универсальные. Общие технические условия.

4. Трубы нефтегазового сортамента. Международный транслятор-справочник / под ред. Р.И. Вяхирева, В.Я. Кершенбаума. – М.: Наука и техника, 1997 – 340 с.

ИМИТАЦИОННОЕ СРАВНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТНЫХ БАЗИСОВ В ЗАДАЧАХ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ЛОКАЦИИ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Попов В.И.

Бийский технологический институт АлтГТУ им.И.И.Ползунова evg@bti.secna.ru Первый этап обработки экспериментальных данных обычно состоит в выборе линейного пространства, элементы которого могут выступать в качестве удовлетворительной замены для входного сигнала.

Тригонометрический базис и базисы комплексных экспонент зачастую являются лучшим выбором для представления информации в практических задачах, в частности при работе со стационарными сигналами. Для отображения в сигнале особенности необходимы и равноважны все компоненты спектра. Отсутствие части из них приводит к искажению сигнала не только вблизи, но и на расстоянии от особенности. Таким образом, для представления локальной особенности нужен базис, функции которого хорошо локализованы. Таким базисом могут быть вейвлеты, которые в большинстве случаев обеспечивают и хорошие фильтрационные свойства [1,2].

Проведенные ранее исследования [3,4] показали потенциальную возможность применения ультразвуковых (УЗ) технологий для исследования натурных крупногабаритных энергетических установок (ЭУ) в диапазоне толщин свода 150 250 мм.

Особенности реализованного электроакустического тракта 3-х канальной УЗ системы описаны в [5]. Расширение информативных возможностей метода (в частности увеличение начальной толщины зондируемого свода до 600 мм) обеспечено увеличения числа выявленных отсчетов путем вейвлет-обработки зарегистрированных сигналов с помощью специализированного программного обеспечения и приведением к равномерной сетке значений путем ортогональной аппроксимации значений текущего свода от времени.

В работе [6] проведено имитационное сравнение точности определения временного положения эхо-импульса с использованием в качестве базисной функции самого сигнала и его приближенных представлений. В качестве базисных функций выбирались стандартный ультразвуковой сигнал, импульс Берлаге, а также 57 Секция Неразрушающие методы контроля базисные функции вейвлетов MORLET и MHAT. Модельное сравнение эффективности применения полученных базисов при определении временного положения эхо-сигнала показало меньшее значение среднеквадратичного отклонения (СКО) определения временного положения эхо-импульса по сравнению с традиционными вейвлетами.

Дальнейший анализ структуры ошибки определения временного положения показал, что распределение вероятности этой ошибки не является унимодальным.

Это распределение может иметь несколько побочных максимумов, отстоящих на значительном расстоянии от главного. В этом случае, несмотря на незначительное значение СКО, существует значительная вероятность появления больших ошибок.

В качестве величины эффективности метода определения временного положения сигнала, предложено использование критерия устойчивости. Принято, что вероятность ошибки определения временного положения сигнала не превысит некоторого значения:

k E = P( t t ) E, где t – временное положение сигнала, полученное с использованием какого либо метода, t – истинное значение временного положения сигнала, E – временной интервал.

Поскольку при реальной обработке сигнала значение параметра t неизвестно, то данный критерий используется исключительно для целей оценки результатов численного моделирования применения того или иного метода. С использованием введенного критерия устойчивости k можно установить, насколько эффективен тот или иной базис для используемого метода.

Проведенные исследования показали преимущество данного подхода по сравнению с корреляционным в случае отличия выделяемого и опорного сигналов при отношении сигнал/шум 1…3, что позволяет увеличить точность определения положения эхо-импульса при низких соотношениях сигнал-шум (менее 3) и наличии искажений сигнала при прохождении через объект исследования по сравнению с ранее использовавшимися методами.

Список литературы 1. Д.В.Перов, А.Б.Ринкевич, Я.Г.Смородинский Вейвлетная фильтрация сигналов ультразвукового дефектоскопа. – Дефектоскопия, 2002, №12, с. 3-21.

2. Torrence C., Combo G.P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bulletin of the American Meteorological Society. – 1998. - № 1, Vol. 79, pp.61-78.

3. M.Honda, A.Sato, K.Hasegava, T.Ohnuki, K.Hori A New Ultrasonic Technique in Static Firing Test of Full Size Solid Rocket Motor/

Abstract

of IV International Workshop HEMs-2008.- Biysk:FSUE FR&PC Altai, P.75.

4. Коти Ф., Ерейдес Ч. Ультразвуковой метод измерения скорости горения: ошибки, шумы и чувствительность // Физика горения и взрыва.— 2000.— Т.36.— № 1.— С. 59-67.

5. Ефимов В.Г., Дерябин Ю.А., Митин А.Г. Экспериментальное использование ультразвукового метода для определения скорости горения по своду заряда в 58 Секция Неразрушающие методы контроля процессе огневой утилизации РДТТ. Известия ВУЗов, сер.Физика, 2004, №10, С.64-67.

6. Ефимов В.Г., Гончаров М.Е., Александрович В.М. Сравнение эффективности применения некоторых вейвлет-преобразований в ультразвуковой толщинометрии энергетических установок. Известия ВУЗов, сер.Физика, 2004, №10, С.68-72.

ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Кноль А. А.

НИИ Интроскопии Томского политехнического университета Grafknoll@mail.ru Одной из главных технических и социальных задач, неразрушающего контроля является замена ручного труда оператора механизированным и автоматизированным оборудованием. При строительстве и эксплуатации газо- и нефтепроводов одной из проблем является достаточно трудоемкий процесс контроля качества сварных швов трубопроводов, а так же низкий уровень безопасности оператора и низкая производительность контроля.

В настоящие время, широкое применения в дефектоскопии нашел радиационный метод контроля. Этот метод обладает, высокой чувствительностью контроля, производительностью, а так же позволяет в реальном масштабе времени наблюдать просвечиваемый объект контроля и способен полностью автоматизировать контроль сварных соединений магистральных трубопроводов. Радиационный метод контроля качества изделий, основан на просвечивании контролируемых объектов рентгеновским излучением и преобразованием радиационного изображения объекта контроля в цифровое изображение. С последующей передачей изображения на расстояние с помощью электронной техники для анализа и цифровой обработки оператором. Цифровая обработка позволяет улучшить качество изображения и способствует более точному анализу выявляемого дефекта. Преимущество цифрового хранения информации состоит в том, что даже после длительного хранения сохраняется первоначальное качество изображения.

НИИ Интроскопии Томского политехнического университета разрабатывает рентгеновский дефектоскопический комплекс (ДСК), предназначенный для оперативного контроля качества и технической диагностики основной номенклатуры особо ответственных объектов нефтегазодобывающей отрасли. ДСК позволяет непосредственно на месте проведения сварочных работ обнаруживать дефекты, отмечать их местоположение и производить повторный контроль после ремонта и восстановления трубопровода. Дефектоскопический комплекс представляет собой автоматическую рентгенотелевизионную установку, смон 59 Секция Неразрушающие методы контроля тированную на базе автомобиля. Установка состоит из четырех основных частей:

источник рентгеновского излучения (рисунок №1);

выносного рентгеночувствительного блока (рисунок №2);

блока визуализации, управления и хранения изображений (Рисунок №3);

механизма крепления и перемещения рентгенотелевизионной установки.

Рис.1 Рентгеновский аппарат САРМА-300У.

Технические характеристики:

Рабочее анодное напряжение - 300 кВ;

Вес излучателя – 8 кг;

мax. толщина просвечивания - до 60 мм;

Размер фокусного пятна – 2,5 мм;

Напряжение питания - 220 В:

Рис.2 Радиационный интроскоп Технические характеристики:

Диаметр поля контроля–200 мм;

Толщина контролируемых изделий – до 200 мм;

Вес – 20 кг;

Размер выявляемых дефектов – до 0, мм;

Потребляемая мощность – до 100 Вт:

Рис.3.

Механизма крепления и перемещения (МКП) рентгенотелевизионной установки представляет собой металлическую конструкцию, оснащенную автоматизированной системой перемещения и датчиками контроля места положения. МКП на данный момент находится в разработки НИИ Интроскопии. Согласно расчетам МКП будет трех видов (Таблица №1):

60 Секция Неразрушающие методы контроля Таблица 1.

Виды магистральных трубопроводов, мм 1 вид МКП 2 вид МКП 3 вид МКП 530 820 630 920 720 1020 820 1120 Подобных МКП на данный момент не существует, аналогов в мире нет. По этому, требуется более точный конструкторский анализ.

Принцип работы дефектоскопического комплекса (Рисунок №4) основан на преобразовании энергии тормозного излучения через объект контроля в видимое изображение наблюдаемое оператором на экране монитора ЭВМ. Просвечивание сварного шва магистрального трубопровода происходит в пошаговом автоматическом режиме. ДСК крепится на магистральный трубопровод диаметром от 1120 мм до 1420 мм, после чего в автоматическом режиме начинает, перемешается вдоль магистрального трубопровода, от одного сварочного шва к другому, ведя при этом полный контроль длинны сварочного соединения.

Изображение сварного соединения наблюдается в реальном масштабе времени оператором на экране монитора, при этом оператор производит визуальный анализ изображения сварного шва и делается заключение о его качестве. Время экспозиции составляет от 5 до 15 секунд, количество экспозиций 200 мм соответствует диаметру магистрального трубопровода. Визуализацию в реальном масштабе времени позволят проводить специальная компьютерная программа. Программа разработана в НИИ Интроскопии и предназначена для цифровой обработки, монтажа, вывода на печать и т.д. рентгеновского изображения сварочного шва. Дефектоскопический комплекс позволяет выявлять трещины, раковины, поры, металлические и неметаллические включения, непровары, а также другие неоднородности сварочного соединения магистрального трубопровода.

61 Секция Неразрушающие методы контроля Рис.4.

ДСК позволяет сэкономить денежные средства на неразрушающем контроле магистральных трубопроводов. Главная техническая и социальная задача, дефектоскопического комплекса является замена ручного труда оператора механизированным и автоматизированным оборудованием. Основная цель ДСК увеличение производительности труда, повышение безопасности оператора, а также уменьшение денежных затрат на ведение неразрушающего контроля сварных швов магистральных трубопроводов. Окупаемость ДСК зависит, от диаметра и длины магистрального трубопровода. Разрабатываемый дефектоскопический комплекс используется в полевых условиях и работает в диапазоне температур от 20 до + 40°С.

Список литературы 1. ClIff Bueno and MarIon D. Baker. High-resolution digital radiography and three dimensional computed tomography.

2. V.L. Chakhlov, Ju. A. Moskalyov, S.V. Grigoryev. “System of digital radiography for nondestructive testing in the radiation energy range of 0.01–20 MeV”. The Third international symposium ”Application of the conversion research result for international cooperation” Sibconvers’99 Tomsk, Russia.

3. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В Клюев. - 2-е изд., М.: Машиностроение, 2003. – 168 с.

4. В мире неразрушающего контроля: Журнал №3 [29], Сентябрь 2008.

62 Секция Неразрушающие методы контроля РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ НА ГРАНИЦЕ ТВЕРДЫХ СРЕД Аббакумов К.Е., Бритвин В.А., Коновалов Р.С.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

KEAbbakumov@mail.eltech.ru, RSKonovalov@rambler.ru В настоящее время одно из ведущих мест среди физических методов неразрушающих испытаний занимают ультразвуковые методы исследования и контроля. Универсальные свойства ультразвука обеспечили возможность успешного решения широкого спектра практических задач, связанных с обнаружением важных видов производственных и эксплуатационных дефектов, определением их положения и измерением отдельных параметров. Со временем первоначальный круг задач, решаемых с помощью ультразвукового контроля и имеющих характер констатации недопустимых нарушений строения вещества, значительно расширился.

С эволюцией производственных задач возникла необходимость в повышении информативности методов неразрушающего контроля и переходе от стратегии поиска и обнаружения к стратегии распознавания образов и классификации.

Один из основных подходов в этом направлении связан с созданием комплекса универсальных физических и математических моделей, позволяющего решать задачи взаимодействия упругих волн с характерными для структуры материала неоднородностями. Круг объектов, используемых в качестве моделей для указанных целей, сильно ограничен по разным причинам. Он включает в себя объекты элементарной формы в виде препятствий типа сферы, диска, цилиндра, полуплоскости, тонкой полосы. Как показывает практика этого явно недостаточно для описания всего многообразия свойств несплошностей естественного технологического происхождения в твердых упругих средах. Подобная ситуация является сдерживающим фактором при определении направлений совершенствования техники ультразвуковой дефектоскопии и измерений.

На практике часто встречаются дефекты, параметры которых нельзя с требуемой точностью моделировать простейшими рассеивателями без учета их внутреннего строения и характера взаимодействия с ними упругих волн. При использовании данных моделей предполагают, что Рис.1. находящиеся в контакте твердые среды соединены “жестко” (непрерывны компоненты смещений и напряжений), либо выполняются условия “скользящего” жидкостного контакта, обусловленного равенством нулю тангенциальных компонент напряжений. Подобные граничные условия не всегда удовлетворяют реальному контакту, существующему на практике. В частности, в технологическом процессе возможно возникновение условий, при которых граница раздела, представляющая собой трещину или соединение материала изделия с включением, образована множеством выступов и впадин микрорельефа. При этом наиболее удачным описанием подобного нарушения акустического контакта 63 Секция Неразрушающие методы контроля является модель “нежесткого” соединения, предусматривающего непрерывность усилий сцепления и отсутствие полей малых перемещений [1].

Обнаружение выходящих на поверхность материала дефектов в виде трещин, расслоений, раковин и т.д. возможно при использовании существующих методов c ct 0. 0. 0. 0. 0. 1 3 5 7 9 11 Рис. 2. График зависимости фазовой скорости волн Стоунли от частоты для системы: сталь – сталь.

1 – = 0;

2 – = 0.2;

3 – = 0.4;

4 – = 0.6;

5 – = 0.8;

6 – = 1;

ультразвуковой дефектоскопии. Однако связь параметров данных неоднородностей с параметрами ультразвуковой волны весьма актуально. Подобные задачи на данный момент остро стоят в ситуациях, связанных с толстолистовым прокатом, контроле трубопроводных систем и других изделий и полуфабрикатов. В связи с этим, для их решения возможно использование поверхностных и граничных акустических волн.

Однако применение указанных типов волн требует проработки и создания физико математических моделей, описывающих такое взаимодействие с дефектом. Так, в предшествующих работах авторов, на основе численно-теоретического анализа решена задача о распространении волн Стоунли вблизи границы раздела твердых сред при нарушении акустического контакта [2,3]. Cчитая, что волна состоит из суммы продольной и поперечной плоских волн, каждая из которых является решением уравнения движения с соответствующими значениями, и (рис. 1), было показано, что тангенциальные смещения при “нежесткой” связи передаются через границу раздела не полностью. Также было показано, что при определенных сочетаниях физических параметров сред, распространяющиеся волны приобретают дисперсионный характер, что необходимо учитывать при оценке их потенциальных информативных возможностей. На рис. 2 приведены зависимости фазовой скорости волны Стоунли c St от частоты и коэффициента перфорации для системы сталь – сталь.

64 Секция Неразрушающие методы контроля В настоящей работе рассматривается возможность обнаружения единичных локальных дефектов в виде трещин с помощью поверхностных волн Рэлея и граничных волн Стоунли. Решение подобной задачи актуально как для случаев R x 1, 1, 1 1, 1, St z Рис. Рис. криволинейной, так и прямолинейной поверхности, когда использование поверхностных волн для контроля является наиболее удачным. На рис. 3 изображен пример определения параметров локальной трещины 2 с помощью высокоэнергетического лазера 3, возбуждающего поверхностную волну в изделии 1.

Прием колебаний осуществляется с противоположной стороны изделия электромагнитноакустическим преобразователем (ЭМАП) 4 и далее обрабатывается в блоке 5. В случае наличия помимо поверхностной волны, дополнительных волн, излученных “ребром” трещины можно говорить о наличии дефекта. Решение задачи, связанной с определением характера рассеянного поля в данном случае достаточно сложно, поскольку требует учета интерференции, отражения волн от “ребра” трещины и др. В связи с этим решалась задача, когда поверхность материала изделия является прямолинейной [4]. На рис. 4 показан случай рассеяния рэлеевской волны на дефекте типа трещины в рамках модели “нежесткого” соединения в приближении “линейного скольжения”. Считая, что в каждом из полупространств волна состоит из суммы продольной и поперечных волн, каждая из которых является решением уравнения движения с соответствующими параметрами плотности и коэффициентов Ламэ и, были получены значения коэффициентов отражения и прохождения.

Данные коэффициенты позволяют оценивать ожидаемый уровень информационных сигналов с учетом трансформации части энергии падающей волны в энергию “квазиповерхностных” волн, распространяющихся вдоль дефекта и волн, излучаемых от “ребра” трещины. Результаты подтверждаются экспериментальными данными [5,6], что указывает на корректность решения задачи.

Таким образом, в рамках предложенной модели “нежесткого” соединения, решены задачи о распространении поверхностных волн вдоль границ твердой среды 65 Секция Неразрушающие методы контроля с трещиноподобными дефектами. Полученные результаты могут быть использованы при модернизации методик ультразвукового контроля, а также внедрены в разработку технических средств обнаружения и классификации дефектов.

Список литературы 1. Аббакумов К.Е., Кириков А.В., Львов Р.Г. Преломление упругих волн на плоской границе раздела с нарушенной адгезией твердых сред // Изв. СПбГЭТУ “ЛЭТИ”– 2003, №3, с.10–16.

2. Аббакумов К.Е., Коновалов Р.С. Влияние нарушения акустического контакта на распространение волн Стоунли вблизи границы твердых полупространств.

Дефектоскопия, 2008, №3, с. 52 – 58.

3. Аббакумов К.Е., Бритвин В.А., Коновалов Р.С. Распространение акустических волн Стоунли в области границы твердых полупространств при нарушенном акустическом контакте // Изв. СПбГЭТУ “ЛЭТИ”– 2007, №1, с.3 – 7.

4. Аббакумов К.Е., Бритвин В.А., Коновалов Р.С. Распространение волны Рэлея вдоль границы твердого тела с трещиной // Известия СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, вып. 2, 2009, с. 3 – 10.

5. Данилов В.Н., Ямщиков В.С. К вопросу о рассеянии поверхностных волн Рэлея на пограничных дефектах // Акуст. журн. 1985, т. 31, №3, с. 323 – 327.

6. Y.C. Angel, J.D. Achenbach. Reflection and transmission of obliquely incident Rayleigh waves by a surface-breaking crack // JASA, 1984, February, V. 75, Is. 2, p.

313–319.

РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО ЭКОНОМИЧНОГО СТАБИЛИЗИРОВАННОГО МАЛОМОЩНОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ Лачаев П.Ю., Ноздрин А.Г.

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет lachaew@gmail.com Для относительно точного измерения небольших доз ионизирующего излучения можно с успехом использовать сцинтилляционные детекторы с фотоумножителем.

Используя лишь счетный режим работы детектора, можно значительно снизить ток через резистивный делитель, доведя его до 25 мкА (вместо обычных 1000 и более мкА), тем самым снизив энергопотребление прибора, что немаловажно для портативной аппаратуры. Однако разработка маломощного высоковольтного инвертора (с мощностью в нагрузке 10-30 мВт), имеющего к тому же достаточный КПД, представляет собой интересную задачу. Отдельную сложность представляет вопрос о стабильности выходного напряжения в достаточно широком диапазоне температур.

66 Секция Неразрушающие методы контроля Полученное изделие, несмотря на его относительно приемлемую работоспособность, требует тщательного монтажа и вдумчивой настройки. Кроме того, схемотехнические решения, примененные в ем, трудно считать современными.

Учитывая то обстоятельство, что при выполнении спектрометрических исследований, как правило, задача получения высокой экономичности прибора не стоит, целесообразно задуматься над упрощением схемы инвертора, повышения ее технологичности и упрощения регулировки, что открывает путь к унификации изделия и снижению его себестоимости. Представляется вполне благоразумным применение стандартных интегральных микросхем импульсных преобразователей, даже несмотря на то, что специфика применения их в данном случае требует использования оригинальной схемотехники.

ДИАГНОСТИКА СОСТАВА И СТРУКТУРЫ СПЛАВА ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ БЕЗ РАЗРУШЕНИЯ ОСНОВЫ Мамаев А.И., 1Дорофеева Т.И., 1Мамаева В.А.

Томский Государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН aim1953@yandex.ru В современном понимании проблема определения состава материала лежит на стыке таких отраслей знания, как информатика и физико-химические методы исследования вещества. Основой ее решения в большинстве являются спектральные и рентгено-дифракционные данные, получаемые с помощью соответствующих аппаратурных средств.

На сегодняшний день существует множество способов выявления состава сплава, как качественного, так и количественного, но они имеют ряд недостатков, связанных либо с разрушением целостности подготовленного образца, либо с длительностью проведения анализа, вызванной предварительным отбором и подготовкой пробы.

Существует необходимость в разработке нового автоматизированного способа анализа состава сплавов, отличающегося экспрессностью, отсутствием стадий отбора и подготовки пробы, и относящегося к неразрушающим методам контроля.

Предложенный метод относится к методам анализа химических или физических свойств материалов путем определения их электрохимических параметров с использованием цифровых вычислений и обработки данных, и может быть использовано в металлургии, металлообработке и машиностроении для контроля качества продукции.

Принципиально новые возможности для поиска данных открываются в связи с использованием средств вычислительной техники и специально разработанных для этих целей программ.

67 Секция Неразрушающие методы контроля Электрические параметры в нашей работе регистрируются в течение всего времени протекания электрохимического процесса, которым является микроплазменное оксидирование. Микроплазменное оксидирование - сложный многофакторный процесс, включающий в себя плазменные, химические и электрохимические реакции, в результате которых образуется покрытие, состоящее из окисленных форм элементов материала основы и составляющих электролита.

Именно эти указанные процессы, а также вещества, образующиеся на поверхности материала в результате их совокупного действия, предопределяют показания значений электрических параметров, регистрируемых в ходе микроплазменного оксидирования. Выбор классифицирующих признаков для определения марки сплава осуществляется исходя из автоматизированного анализа полученных значений электрических параметров.

Особенность идентификации данных заключается в том, что решение задачи осуществляется на основе численной информации значительного объема (вольтамперная кривая состоит из 2500 точек), полученной в процессе реального эксперимента. Процедура исследования материала состоит из двух основных этапов:

этапа экспериментального изучения объекта (измерений) и этапа обработки полученных экспериментальных данных. Задачей первого этапа является получение аналитических кривых с помощью соответствующей экспериментальной установки.

Второй этап распадается на два подэтапа, на которых осуществляется предварительная обработка данных (построение вольтамперных кривых или других зависимостей) и решение задач интерпретации данных (или окончательная обработка данных), осуществляемых с помощью программного обеспечения.

Материал подвергается высоковольтному импульсному воздействию в водном растворе электролита состава, г/л:. Na2HPO412 H2O – 3;

Na2B4O710 H2O – 12;

H3BO3 – 3;

NaF – 3. Задающее напряжение 300В, длительность импульса 200 мкс, площадь обрабатываемой поверхности 5,1 см2. На поверхности начинает образовываться оксидно-керамическое покрытие.

Скорость формирования покрытия на различных сплавах различна в связи с разным химическим составом обрабатываемой поверхности и как следствии различными протекающими электрохимическими реакциями. Это отображается на образе вольтамперной характеристики. Вид вольтамперных характеристик на начальном этапе формирования покрытия при одинаковых параметрах системы и одинаковом составе электролита существенно зависит от материала рабочего электрода (рис.1.).

68 Секция Неразрушающие методы контроля 15 I, A AM60B AMc AZ91D 10 D U, B 0 50 100 150 200 Рис.1. Вольтамперные зависимости, полученные при микроплазменной обработке различных видов сплавов в одинаковых условиях.

Каждому сплаву соответствует своя, характерная только ему кривая. В начальный период формирования покрытия изменения на поверхности электрода столь малы, что не оказывают существенного влияния, а лишь являются отображением свойств, т.е. химического состава обрабатываемого материала.

Поставленная задача по анализу марок сплавов решается тем, что формируют базу данных из вольтамперных кривых, полученных микроплазменной обработкой материала.

Y1=h( X1W11+X2W21) Y2=h( X1W12+X2W22) Y3=h( X1W13+X2W23) Рис.2. Структурная схема нейросети.

Y1, Y2, Y3 - выходные сигналы;

X1, X2, X3 - входные сигналы (значения токов I1 и I2);

Wn - весовые коэффициенты;

h – активационная функция нейрона (единичный скачок).

Далее, моделируют нейросеть (рис.2) для распознавания вида сплавов по образу соответствующей ему вольтамперной кривой, состоящей из массива точек, и обучают ее для выявления весовых коэффициентов. Структурная схема нейросети представлена на рисунке 2 для четырех сплавов (2021, 7071, АМг, АZ91D).

69 Секция Неразрушающие методы контроля Для большего количества сплавов структурная схема меняется, но принцип действия остается прежним. Работа нейросети заключается в том, что на вход автоматически подаются данные Х1, Х2, классифицирующие вольтамперную кривую и на выходе получаем данные, по которым автоматически определяется марка сплава.

Таким образом, предложен метод экспресс диагностики состава сплавов с использованием микроплазменного оксидирования, отличающийся своей быстротой, отсутствием отбора и подготовки пробы, который возможно применять в промышленности наряду с традиционными методами анализа сплавов.

ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА УПРОЧНЕНИЕТВЕРДЫХ СПЛАВОВ Ермолаев В.А., Лапшин Б.М., Мамонтов А.П., Рябчиков С.Я., Чахлов Б.В.

Томский политехнический университет map@fnsm.tpu.edu.ru В настоящее время для изготовления инструмента для бурения горных пород широко используются вольфрамокобальтовые твердые сплавы. Их готовят спеканием порошков карбида вольфрама WC и кобальта Co при температуре 1600 – 1780 К. Сочетание WC и Co связано с тем, что краевой угол смачивания карбида вольфрама с кобальтом равен нулю, поэтому расплавленный кобальт полностью смачивает зерна карбида вольфрама. Это обеспечивает возможность создания сплавов с высокой прочностью и износостойкостью.Известно, что прочность и износостойкость твердых сплавов в значительной степени зависят от их структуры.

Изменение структуры твердых сплавов, как правило, сопровождается заметным изменением их физико-механических свойств. Улучшение показателей изготовленного твердого сплава и твердосплавного инструмента можно реализовать, главным образом, воздействуя различными способами на структуру твердого сплава:

алмазное и электроалмазное шлифование, химико-механическая, анодно механическая, электроискровая обработка и т.п. Однако эти способы позволяют проводить упрочнение только поверхности твердого сплава. Наиболее эффективным в данном отношении способом является способ упрочнения твердых сплавов воздействием ионизирующего излучения на структуру твердых сплавов. При радиационной обработке твердого сплава ионизирующим излучением происходит упрочнение всего объема твердого сплава. Как правило, структура твердого сплава находится в состоянии, весьма далеком от состояния термодинамического равновесия, достижению которого препятствуют энергетические параметры дефектных перестроек и наличие примесей. Облучение твердого сплава рентгеновскими лучами, гамма–квантами или электронами позволяет существенно уменьшить исходное неравновесие структуры и на этой основе разработать 70 Секция Неразрушающие методы контроля самоорганизующиеся технологические процессы обработки твердосплавного инструмента для бурения горных пород.

Методами рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии, вторично-ионной масс-спектроскопии, ядерно-физическими и электрофизическими методами анализа установлено, что после облучения ионизирующим излучением изменяются все свойства твердых сплавов, в частности, характер излома: поры вдоль ребер плоскостей спайности исчезают и уменьшается их число на границе раздела WC–Co;

на поверхности карбида вольфрама появляются элементы вязкого излома:

гребни отрыва, ручьистый узор;

уменьшается вытяжка кобальтовой связки вокруг частиц карбида вольфрама При этом наиболее сильные изменения (залечивание пор, появление новой фазы) происходит в областях с высокой плотностью дефектов, на границах раздела фаз. Наблюдается также уменьшение размеров зерен карбида вольфрама после облучения, повышается предел упругости и уменьшается коэффициент трения твердого сплава. Все это в конечном итоге приводит к повышению прочности твердого сплава.

Установлено, что в процессе облучения твердого сплава ионизирующим излучением возникает акустическая эмиссия, которая обусловлена переходом структуры твердого сплава в равновесное состояние по сравнению с исходным состоянием. При облучении происходит аннигиляция междоузельных атомов с генетически связанными вакансиями. В области аннигиляции возникает тепловая вспышка за счет освобождения энергии в количестве более 9 эВ, запасенной в вакансии кристаллической решетке твердого сплава. Это приводит к резкому повышению температуры в ограниченном объеме твердого сплава. Затем температура практически мгновенно уменьшается то температуры окружающей среды, в результате чего возникает импульс давления, вызывающий акустическую волну. Регистрация сигналов акустической эмиссии, возникающих в твердом сплаве при его облучении, проводилась датчиком, выполненным на основе пьезокерамики типа ЦТС-19. Возникающие электрические сигналы после предварительного усиления поступали через основной селективный усилитель на анализатор импульсов, счетчик импульсов и осциллограф. Измерение сигналов акустической эмиссии проводилось в процессе облучения. Количество импульсов акустической эмиссии определяется концентрацией имеющихся в твердом сплаве дефектов. В более совершенном по структуре твердом сплаве имеется меньше центров, рассеивающих акустические волны, и регистрируется меньше импульсов акустической эмиссии. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в областях, окружающих дислокации, и на границах зерен. Зависимость между количеством импульсов акустической эмиссии и прочностными характеристиками твердого сплава приведена в таблице.

Количество Деформация, Жесткость, Твердость по Микротвердость, кГс/мм импульсов мм кГс/мм Роквеллу, акустической Н эмиссии 1576 0,058 7687 86,2 797 0,047 9200 89,8 245 0,245 9350 90,2 71 Секция Неразрушающие методы контроля Приведенные результаты свидетельствуют о том, что облучение ионизирующим излучением с одновременной регистрацией акустической эмиссии позволяет эффективно повышать износостойкость твердого сплава. Облучение снимает механические напряжения, повышает пластичность и предел упругости всего объема инструмента, устраняет трещины и разрывы, уменьшает коэффициент трения. За счет этих процессов в твердых сплавах, содержащих зерна алмазов, наряду с упрочнением матрицы повышается адгезия зерен алмазов, что сопровождается улучшением сцепления алмазов с твердым сплавом. Облучение твердосплавного и алмазного инструмента для бурения горных пород повышает скорость бурения, увеличивает работоспособный период в 2 – 3 раза.

Воздействие ионизирующего излучения позволяет повысить качество не только твердых сплавов, применяемых для изготовления бурового инструмента, но и улучшить качество твердосплавных фильер, изготовленных из твердых сплавов ВК и ВК 8. После облучения проводились испытания твердосплавных фильер при волочении медной проволоки на машине грубого волочения ВМ-13 при скорости волочения 8 м/с;

проводилось при этом охлаждение мыльно-масляной эмульсией при температуре 60 – 65 °С. Проводились испытания фильер, имеющих диаметры отверстий для волочения медной проволоки 1,79;

2,01;

2.40;

3,60 мм. Результаты испытаний обработанных ионизирующим излучением фильер различных диаметров представлены в таблице. Для каждого диаметра результаты приведены по фильерам. Для сравнения приведены результаты для необлученных фильер.

Диаметр фильер, мм Износостойкость фильер, Износостойкость фильер, не облученных облученных ионизирующим ионизирующим излучением, выраженной в излучением, выраженной в кг протянутой проволоки кг протянутой проволоки 1,79 2500 2,01 5600 2,40 12900 3,60 5600 Среднее значение 6600 Как видно, износостойкость фильер, облученных ионизирующим излучением, увеличилась в среднем более, чем в два раза. При этом уменьшается неравномерность износа фильер и связанные с этим обрывы проволоки во время протяжки. При переточке фильер на другие типоразмеры повышенная износостойкость их сохраняется и не требуется дополнительной обработки.

Достоинством разработанных радиационных технологических процессов является то, что они экономичны, высокопроизводительны, экологически чист, не нуждаются в дополнительных обработках.

72 Секция Неразрушающие методы контроля ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ОТБОРА РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БАЗЕ ПИНХОЛА Мудров М.А.

НИИ интроскопии Томского политехнического университета mudrov_mihail@mail.ru Рентгеновская томография в последнее десятилетие стала одним из наиболее эффективных методов диагностики как в технических приложениях, так и в медицине. Существуют два типа рентгеновских томографов:

трансмиссионный, который восстанавливает (реконструирует) объект на основе регистрации прошедшего через него излучения;

на рассеянном излучении, в котором восстановление осуществляется на основе анализа рассеянного от объекта излучения.

К числу объектов контроля, исследование которых возможно лишь с применением томографии на рассеянном излучении, можно отнести следующие:

многослойные корпуса торпедных катеров, поиск за корпусом или под палубой несущих балок, ребер жесткости, исследование динамики внешнего воздействия на защитные оболочки в авиации, судостроении, корпуса многих изделий в ракетно космической технике, имеющие диаметр до 8 метров. Причем акустическое, магнитное, тепловое и другие виды контроля в большинстве случаев оказываются неприменимыми. При регистрации обратно рассеянного излучения взрывчатые вещества имеют больший контраст по сравнению с бытовыми предметами, чем при регистрации трансмиссионного излучения.

Возможность использования обратно рассеянного рентгеновского и гамма – излучения основана на том, что интенсивность зарегистрированного детектором сигнала определяется функцией распределения в пространстве объекта источников излучения и 3х координатной функцией пространственной чувствительности детектора. В данной работе проанализированы возможность использования обратно рассеянного излучения для контроля объектов и системы, работающие по этому принципу.

Основной задачей комптоновской томографии является перенос информации о плотности элементарного объёма в изделии (ЭЛОБ) в наблюдаемый параметр в соответствующей точке регистратора. В существующих, практически реализованных системах, такой перенос производится поточечно. Последовательно облучаются ЭЛОБы и последовательно заносится информация в соответствующую точку регистратора (рис.1). Перемещение системы источник-детектор по трем координатам осуществляется механически. Выполнив трехкоординатное сканирование системой источник-детектор, можно было бы получить объёмное распределение плотности в объекте. Недостатком такого способа является низкая производительность.

73 Секция Неразрушающие методы контроля Рис.1. Поточечное сканирование Для увеличения скорости контроля время измерения в каждой точке (в ЭЛОБе) приходится делать малым. Это не позволяет создать хорошую статистику при измерении потока рассеянных квантов. Так в томографе “ComScan” при минимальной скорости сканирования за время измерения в одном пикселе набирается 1000 квантов. Статистическая погрешность при этом составляет примерно 3%. Использовать такие данные для разработки реконструктивных алгоритмов не представляется возможным, а повышать разрешающую способность до десятых долей миллиметра невозможно без математической реконструкции.

Поэтому возникает задача повышения производительности сбора информации.

Одним из путей решения является одновременный перенос информации из плоскости ЭЛОБов на плоскость регистратора. Реализация такого способа требует исследований и разработки коллимационных систем, осуществляющих параллельный перенос изображения из плоскости объекта на плоскость детектора.

Анализ, проделанный в ходе выполнения работы, показал, что такой перенос может быть выполнен с помощью пинхольного коллиматора. Пинхол представляет собой отверстие небольшого диаметра (до 10мм) в пластине.

Рис.2 Схема на основе плоской детекторной матрицы и пинхольной апертуры.

Комптоновская томография - тема исследований, находящаяся на национальном уровне в США, для контроля обшивок авиации. На рисунке 3 приведен график числа рассеянных фотонов по глубине обшивки, а под ним этот же участок, но рассмотренный в сканирующем электронном микроскопе (для проверки точности измерений, полученных путём обратного рассеяния).

74 Секция Неразрушающие методы контроля Рис.3. Исследование обшивки авиации В Бразилии комптоновская томография широко используется для определения плотности и влажности почвы. Рисунок 4 представляет собой продольные сечения образцов почвы. Число зарегистрированных обратно рассеянных квантов представлено определённым цветом [3, c. 159].

Рис.4. Распределение плотности в сечении почвы Также существуют системы отбора на базе пинхола, где в форме конструктивного элемента, используется конус (находят широкое применение в медицинских исследованиях) (рис 5).

Рис.5. Применение конусообразных пинхолов в медицине 75 Секция Неразрушающие методы контроля Ниже приведены характеристики пинхольных систем коллимации:

Рис.6 – Геометрия переноса изображения с помощью пинхола 1. Фактор увеличения М (имеет знак минус, так как изображение перевёрнутое):

М = - b/a, где b – расстояние между пинхолом и детектором, мм;

a – расстояние пинхол – точечный рассеиватель, мм.

2. Пространственное разрешение системы Rsys (под системой будем понимать пинхол плюс детектор):

Rsys = (Rph2 + (Ri/M)2)1/ где Rph – пространственное разрешение пинхола, мм;

Ri – собственное разрешение детектора (например, сцинтилляционного кристалла), мм.

3. Пространственное разрешение пинхола Rph:

Rph = d(b+a)/b, где d – диаметр пинхола, мм.

4. Чувствительность G:

G = 1/16·(d/b)2·(a+b).

5. Эффективный диаметр de:

d (d + 2 1 tan ( 2)), de = где – линейный коэффициент поглощения стенками пинхола, см-1;

– конический угол коллиматора, град.

В известных работах по коллимированнию с помощью пинхола, как правило, не учитывается фактор неоднородности систем регистрации, связанные с формой “губок” пинхола. Детальное описание апертурной функции рассеивающего объёма (АФРО) пинхола должно учитывать как геометрические искажения, так и учёт поглощения в “губках”. Рассмотрение геометрии (рисунок 7 и 8) прохождения рассеянного объектом контроля рентгеновского излучения через пинхол в виде обычного отверстия и с треугольными губками позволяет вывести соотношения относительного изменения интенсивности потока излучения (I(Q/2)/I0) на детекторной секции от длины пути излучения в материале пластины:

50,50·tg(Q/2) - 0, I(Q/2)/ I0 = exp(- 7,022· ), (1) sin(Q/2) 76 Секция Неразрушающие методы контроля I(Q/2)/ I0 = exp( 2 50, 50,5 1 ).

+ 7,022· (2) 2,02 + сtg(Q / 2) сtg(Q / 2) 2,02 сtg(Q / 2) Рис.7 – Геометрия ослабления в стенках Рис.8 – Геометрия прохождения рассеянного пинхола (c = b = 50mm, a=d=1mm). излучения через пинхольную систему отбора с треугольными губками Графики зависимостей относительно изменения интенсивности излучения для пинхолов с различными формами губок представлены на рисунках 9 и 10.

Рис.9 – Апертурная функция пинхольной Рис.10 – Апертурная функция пинхола с системы отбора треугольными губками Эти апертурные функции являются базой для разработки алгоритма реконструкции в комптоновской томографии. Приведённые в данной статье результаты позволяют впервые заложить в алгоритм реконструкции представления АФРО в виде непрерывной функции.


Также была получена (формула 3) и построена зависимость уменьшения телесного угла влета рассеянных гамма – квантов от координаты х точечного рассеивателя Р1 (рисунок 12).

77 Секция Неразрушающие методы контроля Рис.11. Геометрия изменения телесного угла Рис.12. График (х) в зависимости от координаты точечного рассеивателях X ) 0, cos( arctg ( x ) = tg arcsin 50 X 0.5 X sin (3) X + ( 0, 25 ) 2 0, 5 X X )) sin( arctg ( После необходимых расчётов характеристик, приведённых выше, были получены изображения сечения фантома, представленного на рисунке 13 (материал – органическое стекло) с высверленными отверстиями 4 мм. на рентгеновскую плёнку KODAK “INDUSTREX HS800 FILM” с помощью систем на базе пинхола с отверстиями различных диаметров 3, 2 и 1мм. На рисунке 13 приведены изображения, полученные после проявления рентгеновской плёнки.

Рис.13. Объект контроля 78 Секция Неразрушающие методы контроля Рис.14 – Изображения на пленке, полученные с помощью пинхолов диаметров 3, 2 и 1 мм соответственно Фотометрия пленок определила пространственное разрешение изображения объекта мониторинга менее 1мм только на пленке, на которой регистрировались рассеянные гамма – кванты с помощью пинхола с диаметром отверстия 1мм. Таким образом, можно сделать вывод по результатам эксперимента, что пинхол диаметром 1мм обеспечивает пространственное разрешение порядка 1мм.

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ Чинахов Д.А., Давыдов А.А., Нестерук Д.А*.

Юргинский технологический институт Томского политехнического университета, *Томский политехнический университет zver73@rambler.ru Большинство сварочных процессов предусматривает нагрев соединяемых деталей разными видами источников теплоты. В этом случае, качество сварного соединения во многом определяется условиями нагрева и охлаждения. Характер протекания тепловых процессов определяет производительность плавления основного металла и присадочного материала, направление и полноту протекания металлургических процессов в сварочной ванне, условия формирования структуры металла шва и зоны термического влияния, эксплуатационные свойства сварных соединений [1].

Управление тепловыми потоками (термическим циклом) в соединяемом материале является одной из основных задач технологий сварочного производства.

Теоретические и экспериментальные исследования явлений тепло- массопереноса имеют большое практическое значение, наряду, с изучением сложных физико химических процессов и структурных превращений, протекающих при сварке во время нагрева и охлаждения изделий. В теории сварочных процессов, описываемой отечественными и зарубежными исследователями, значительная роль отводится вопросам определения температурных полей и скоростей охлаждения, что важно при сварке сталей склонных к закалке.

Современные теории и работы [1-3] по изучению тепловых процессов при сварке, формулирующие основные понятия и законы распространения температурных полей при сварке, не учитывают ряд значимых факторов (теплообмен с окружающей средой, способ сварки и др.). Расчеты часто содержат 79 Секция Неразрушающие методы контроля сложные функции. Это влечет за собой увеличение времени выполнения расчета, привлечение сложного математического аппарата и вычислительной техники. К тому же, полученные расчетным путем данные часто не совпадают с практическими значениями.

Наиболее точно и адекватно описать тепловые процессы возможно по результатам экспериментальных исследований распределения температурных полей.

Экспериментально получить картину распределения температурных полей можно с помощью термопар или тепловизионной аппаратуры.

Для определения распределения температурных полей при сварке плавлением провели лабораторные исследования. Осуществляли автоматическую сварку в СО пластин 300х150 мм толщиной 8 мм из стали 30ХГСА электродной проволокой Св 08Г2С диаметром 1,2 мм со скоростью 28-30 см/мин. В качестве источника питания использовался сварочный выпрямитель ВСЖ–303. Регистрацию полей осуществляли с помощью тепловизора ThermaCAM P65HS фирмы FLIR Systems, США (формат кадра 320х240 элементов, температурная чувствительность – 0,050С, частота кадров – 50 Гц). Съемку проводили на протяжении времени сварки одного прохода (60с) и в течение 60с после окончания сварки с частотой 5 кад/сек. В результате проведения эксперимента получили изображения температурных полей (термограмм) процесса нагрева (t=60с) и охлаждения свариваемого изделия (t=120с) (рис. 1).

a) б) Рис. 1. Изображения температурных полей, полученные тепловизором:

а) сразу после сварки (нагрев) t=60c;

б) через 60с после сварки (охлаждение) t= 120c На полученных термограммах отчетливо видна картина изменения температурных полей свариваемого изделия. Однако определить координаты точек, соответствующие конкретной изотерме, по полученным изображениям затруднительно. Это является следствием того, что тепловизионная съемка процесса сварки проводилась под углом к оси шва и под углом к плоскости свариваемых пластин.

С целью получения фронтальной картины температурных полей, пригодной для дальнейшего исследования, полученные данные были обработаны с помощью приложения ThermaCAM Researcher и системы математических расчетов MATLAB.

Выбор MATLAB для обработки тепловизионных данных объясняется ориентацией данной системы на операции с матрицами, которыми и являются термограммы, 80 Секция Неразрушающие методы контроля полученные в процессе тепловизионной съемки. Типичное использование MATLAB - это:

математические вычисления;

создание алгоритмов;

моделирование;

анализ данных, исследования и визуализация;

научная и инженерная графика;

разработка приложений, включая создание графического интерфейса.

Основные особенности MATLAB – это интерфейс, основанный на командной строке, встроенный язык программирования, ориентация на высокопроизводительные матричные вычисления, большое количество библиотек функций.

Существует большое количество математических редакторов, например MathCad, Maple, Mathematica среди которых MATLAB занимает одно из лидирующих положений. Это связано с универсальностью, простотой и большой степенью расширяемости этого редактора. О высокой степени использования этого редактора говорит большое количество библиотек функций (toolboxes), которые были разработаны техническими специалистами для решения разнообразных задач науки и техники. Ориентация на матричные вычисления позволяет решать различные задачи, связанные с техническими вычислениями, в которых используются матрицы и векторы, в несколько раз быстрее, чем при написании программ с использованием языков программирования, таких как Си, Си++ или Фортран. Слово MATLAB означает матричная лаборатория (MATrix LABoratory).

Для получения координат точек изотермы, относительно реальных размеров свариваемых пластин были проведены необходимые преобразования. Для этого в MATLAB создается криволинейная системы координат X’O’Y’, которая задается вручную пользователем с помощью указателя мыши. Начало координат и направления осей привязываются к определенным точкам изображения свариваемых пластин. Например, ось О’Y’ направлена вдоль оси шва в направлении сварки, а ось О’X’ к торцам пластин (рис. 2, а). После поворота плоскости на угол и поворота системы координат X’O’Y’ на угол (рис. 2, б) переходим к требуемой прямолинейной системе координат XOY (рис. 2, в).

81 Секция Неразрушающие методы контроля а) б) в) г) Рис. 2. Схема преобразования координат:

а) исходное тепловизионное изображение свариваемых пластин;

б) промежуточный этап преобразования;

в) прямолинейная система координат;

г) задание осей новой системы координат в MATLAB В преобразованной системе координат, находятся координаты точек изотермы с последующим определением размеров путем умножения полученных координат на масштабирующие коэффициенты для введенных осей. Масштабирующие коэффициенты вычисляются исходя из размеров осей в пикселях на изображении и натуральных размеров свариваемых пластин. Данный алгоритм поиска координат был реализован в математическом пакете MATLAB [4] в виде набора m-файлов.

Картина температурных полей после обработки исходных термограмм представлены на рис. 3.

82 Секция Неразрушающие методы контроля а) б) Рис. 3. Температурные поля после обработки:

а) сразу после сварки (нагрев) t=60c;

б) через 60с после сварки (охлаждение) t= 120c Для расчета температурных полей на поверхности пластины по известным формулам [1-3] была разработана компьютерная программа [5]. Распределение температурных полей, рассчитанное по экспериментальному режиму сварки, представлено на рис. 4.

Рис. 4. Расчетное распределение температурных полей Анализ температурных полей, полученных экспериментальным и расчетным путем, показал, что расчетные температурные поля сильно упрощают реальную 83 Секция Неразрушающие методы контроля картину. Следует отметить, что расчетные и экспериментальные значения термограмм почти совпадают в диапазоне от 1600 до 1100 °С и только по ширине сварного шва. Экспериментальные формы изотерм имеют более вытянутую форму вдоль сварного шва и раздвоение на краю удаленном от источника нагрева по сравнению с расчетными значениями (рис. 4). Эти существенные отличия требуют дополнительного изучения и объяснения.

Разработанная методика может быть использована для обработки экспериментальных данных при исследовании распределения температурных полей на поверхности тел различной геометрической формы.

Список литературы 7. Фролов В.В. Теория сварочных процессов. М.:Высш. шк. 1988. – 559 с 8. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. – Москва 1951. – 291 с.


9. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки: в 7 т. Том. 4. Основы тепловых процессов в свариваемых изделиях. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. – 547 с.

10. Чен К., Джиблин П., Ирвинг А. MATLAB в математических исследованиях: Пер.

с англ.– М.: Мир, 2001.– 346 с.

11. Чинахов Д.А., Агренич Е.П. Автоматизированный расчет формы шва и распределения тепла в сварном соединении при сварке плавлением:

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № (РФ) // Бюл. «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». 2007.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ.

Ноздрин А.Г., Лачаев П.Ю.

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) alexey.nozdrin@gmail.com Тепловыделение элементов радиоэлектронной аппаратуры (радиокомпонентов) связано с режимами их функционирования и температурным распределением в окружающей среде.

В рабочих режимах на поверхности радиокомпонента возникает избыточное температурное поле, характер распределения которого позволяет получить информацию об исправности конкретного компонента (то есть произвести диагностику) и спрогнозировать вероятность его отказа. Измеряя температуру поверхности радиокомпонента можно сделать вывод о потребляемой им электрической мощности, что в свою очередь, для конкретного схемотехнической 84 Секция Неразрушающие методы контроля конфигурации, позволяет принять решение об исправности радиокомпонента.

Причем характер неисправности может быть двух условных типов:

внутренний обрыв (потребляемая мощность Р = 0, температура детали меньше нормальной), внутреннее замыкание (т.е. перегрев, радиодеталь в нештатном режиме либо испорчена).

Температурное поле радиокомпонента в стационарном состоянии определяется балансом четырех факторов:

1. Выделение тепловой энергии вследствие протекания электрического тока при нормальном функционировании.

2. Рассеяние энергии путем теплопроводности.

3. Рассеяние энергии путем конвекции.

4. Рассеяние энергии путем излучения.

Первый фактор определяется конкретной схемотехникой применения радиокомпонента.

Второй фактор определяется типом корпуса радиокомпонента, конфигурацией выводов, наличием компаунда, трассировкой печатной платы.

Третий фактор создает помеху при измерении температуры корпуса радиокомпонента, но его значение невелико при небольших градиентах температур, характерных в большинстве случаев для функционирующих радиокомпонентов.

Для правильной оценки состояния радиокомпонента нами используется четвертый фактор. Для дистанционного измерения температуры радиокомпонентов наиболее удобно применять бесконтактные измерители температуры класса термографов. Хотя они и дороже точечных измерителей, но позволяют достичь в этой задаче существенно более высокой точности, за счет получения температурной информации со всей поверхности радиокомпонента.

Радиокомпоненты делятся по конструктивно-технологическим группам (планарные компоненты - SMD, и компоненты, монтируемые в отверстия - THD) и по степени энергопотребления, что позволяет сформулировать технические требования к измерительному термографу, важнейшими из которых является требования по температурной чувствительности и пространственному разрешению.

Термограф функционально состоит из:

• ИК приемника (детектора излучения);

• оптики (зеркально-линзовый объектив);

• сканера (кроме матричных тепловизоров);

• устройства охлаждения ИК-приемника (для охлаждаемых);

• встроенного эталона температуры;

• электронного блока с системой записи термограмм;

• систему отображения (монитора).

При построении термографов используются две принципиально различные схемы регистрации ИК-изображения – матричные и с одиночным детектором. В первом случае ИК изображение проецируется на неподвижную матрицу ИК чувствительных элементов размерностью Х на Y, аналогично тому, как это бывает при построении обычной видеокамеры оптического диапазона. Во втором случае изображение проецируется на одиночный ИК-чувствительный детектор, обычно 85 Секция Неразрушающие методы контроля имеющий размер соответствующий минимальному элементу изображения (точка), причем для получения кадра изображения с размерами Х на Y точек применяется электромеханическое сканирование этого изображения по Х «строчкам» и Y «столбцам».

У обеих схем построения термографов есть достоинства и недостатки.

Достоинствами матричной схемы являются: высокая скорость получения информации (частота кадров), отсутствие движущихся деталей и стопроцентная повторяемость геометрических соотношений от кадра к кадру (отсутствие смещения пикселей). Недостатками являются неодинаковость детекторов в матрице (в том числе и нестабильная во времени), пространственная неравномерность охлаждения матрицы, высокая зашумленность сигнала, обусловленная построением матриц по схеме приборов с зарядовой связью (ПЗС), возможность наличия в матрице неработающих или слабочувствительных элементов (битых пикселей), относительная дороговизна изделия, обусловленная низкой тиражностью и уникальностью технологии изготовления. Достаточно серьезные требования предъявляются и к схемам усиления сигнала с матрицы, т.к. необходимо совместить большой динамический диапазон пропускания сигналов (высокую разрядность) с широкой полосой частот. Недостатки матричных схем не носят принципиального характера, а обуславливаются технологическим несовершенством, существующим в настоящее время.

Достоинствами однодетекторной схемы являются: абсолютная повторяемость характеристик детектора в кадре от точки к точке во всех смыслах, как с точки зрения отношения сигнал/шум, так и с точки зрения абсолютного уровня сигнала (стабильность охлаждения), максимально достижимое соотношение сигнал/шум, относительная простота и дешевизна изготовления детекторного узла и электронных схем предусиления. К недостаткам однодетекторной схемы относится принципиально меньшая, чем у матриц скорость получения информации (частота кадров). Это обусловлено конечной скоростью сканирования электромеханических разверток (строчной и кадровой). Недостатком существующих однодетекторных термографов является также относительно высокий уровень геометрических искажений (достигающий одного пикселя), как внутри кадра, так и возникающих при переходе от кадра к кадру. Так же принципиальным недостатком является относительно высокий уровень шума, создаваемый механизмами разверток.

В настоящее время большинство зарубежных производителей коммерческих тепловизоров отказались от однодетекторного построения и применяют матричную схему. Так ведущие производители ИК-оборудования – фирмы FLIR Systems (США) и CEDIP Infrared Systems (Франция) предлагают только матричные тепловизоры. Однако фирма JENOPTIK (Германия) поставляет как матричные тепловизоры для коммерческих применений, так и сканирующий аппарат для термографических исследований. При анализе существующего рынка тепловизионной техники мы пришли к выводу об оптимальном соотношении цена/качество в отечественном термографе ИРТИС-2000.

ИРТИС-2000 – это оптико-механический сканирующий измерительный ИК термограф для визуализации и измерения тепловых полей, разработанный на основе 30-летнего опыта работы с российскими и зарубежными партнерами в области диагностики неразрушающего контроля. Он нашел применение в таких областях как 86 Секция Неразрушающие методы контроля электроэнергетика, энергосбережение, неразрушающий контроль, здравоохранение и др. Высокие метрологические характеристики прибора позволили применить его и в электронике при технологическом неразрушающем контроле функционирующих изделий радиоэлектроники.

Температурное разрешение ИРТИС-2000 составляет 0.050С, а пространственное разрешение – менее 2 мрад, что на поверхности радиокомпонента обеспечивает линейное разрешение более 2 линий/мм. Принцип работы ИРТИС-2000 основан на сканировании температурного излучения в поле зрения камеры оптико механическим сканером с одноэлементным высокочувствительным ИК-приемником и трансформации этого излучения в электрический сигнал аналого-цифровым преобразователем. Камера содержит зеркально-линзовую оптику с малым количеством отражающих поверхностей, что уменьшает потери оптической системы и упрощает ее настройку.

Базовая модель камеры комплектуется ИК-приемником охлаждаемым жидким азотом. Это определяет ее высокую (до 0.020С) чувствительность в широком диапазоне температур и позволяет стабилизировать параметры ИК-приемника независимо от температуры окружающей среды, обеспечивая высокую точность измерения абсолютных температур.

Термограф состоит из ИК - приемной камеры подключаемой к переносному компьютеру (notebook) через проводной либо беспроводной интерфейс (Wi-Fi). Это повышает оперативность и надежность всей системы и позволяет непрерывно совершенствовать прибор (при появлении новых компьютерных разработок и программ). Такая разнесенная конструкция дает возможность установки ИК приемной камеры в труднодоступных для оператора местах. Прибор обладает стабильностью параметров во времени, равномерностью чувствительности по всему полю изображения, что делает его эффективным для проведения теплового неразрушающего контроля изделий радиоэлектроники. Термограф прошел полный цикл метрологических испытаний и получил сертификат ГОССТАНДАРТА как средство измерения.

Список литературы.

1. Дульнев Г.Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры.

Учебное пособие для студентов высших технических заведений. «Энергия», 1971. – 248 с.

2. В.П.Вавилов. Неразрушающий контроль. Справочник, Т.5: в 2кн. Кн.1 Тепловой контроль. М.: «Машиностроение», 2004 – 679с.

3. 3Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. – М.: Мир, 1988. – 416с.

87 Секция Неразрушающие методы контроля БЕЗЖЕЛЕЗНЫЙ БЕТАТРОН С ОРИГИНАЛЬОЙ ЭЛЕКТОМАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ Москалев В.А., Огородников А.С., Сергеев Г.И.

ГОУ ВПО «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

GISERG@TPU.RU Предлагается оригинальный вариант бетатрона, в котором управляющее электромагнитное поле формируется и возбуждается одновитковой обмоткой, выполненной в виде двух концентрически расположенных колец. В совокупности с изоляционными уплотнителями эти кольца одновременно выполняют функцию ускорительной камеры. Предложенная идея позволяет создать миниатюрный ускоритель на энергию 2 МэВ с массой излучателя порядка 12 кг и общей массой не более 25 кг, что позволяет создать альтернативу радиоизотопному источнику Ir В практике бетатроностроения формирование управляющего магнитного поля осуществляется двумя способами. В классических бетатронах необходимое распределение магнитного роля по радиусу задается углом наклона профилирующих участков полюсов электромагнита, а в безжелезных бетатронах – путем геометрического перераспределения витков возбуждающей обмотки в радиальном направлении.

В настоящей работе предлагается принципиально новое решение [1] по 10 формированию управляющего электромагнитного поля. Идея состоит в следующем. Для формирования 11 управляющего магнитного поля предложено использовать одновитковую обмотку (см.

рис. 1). Одновитковая обмотка выполняется в виде двух концетрически расположенных колец 1 и 2, выполненных из проводящего материала. Кольца имеют радиальный разрез 3. В месте разреза обмотки 1 и 2 с одной стороны соединены между собой электрически перемычкой 4. Электрический ток подается на одновитковую обмотку в i точках разрыва цепи 5 и 6.

i Электрический ток i протекает по кольцам 1 и 2 в противоположных направлениях и в пространстве между ними Рис.1. Схема формирования и возникает переменное магнитное поле. Для возбуждения управляющего придания магнитному полю фокусирующих поля бетатрона свойств (создания “бочкообразной” формы силовым линиям) поверхностям цилиндров придается выгнутая форма выпуклостью наружу от оси колец. Таким образом, в пространстве, охватываемом одновитковой 88 Секция Неразрушающие методы контроля обмоткой, создается управляющее магнитное поле, которое обладает фокусирующими свойствами.

Для выполнения бетатронного соотношения 2:1 внутри кольца 2, как и в любом безжелезном бетатроне, расположен индуктор 7, выполненный в виде соленоида.

Синхронизация электромагнитных полей, создаваемых одновитковой обмоткой 1 и и индуктором 7 обеспечивает индукционное ускорение электронов до заданной энергии.

Магнитная система моделировалась в среде MATLAB 6.5. c привлечением пакета FEMLAB 2.3. в аксиально-симметричном приближении ( на оси B r = 0;

B z r = 0 ) при заданной величине B z R0 = 8.193 10 3 Тс м ( R0 - радиус равновесной орбиты).

Решалась краевая задача для уравнения 2u 2u u = 0 J, r 2 + 2 + r z r где 0 = 4 10 7 Гн м, u = A r ;

A, J - азимутальные составляющие векторного потенциала и объемной плотности тока.

Составляющие вектора магнитной индукции выражаются через u (r, z ) u u Br = r ;

B z = 2u + r z r Рис.3. Расчётные плотности потока (линии) и Рис.2. Расчётная область магнитного модуля вектор (стрелки) магнитной FEMLAB индукции B Расчётная область, представленная на рис.2, строилась с помощью средств графического интерфейса пользователя. В индукторе – соленоиде 2 объемная плотность тока J = 15 А мм 2, во внутреннем кольцевом витке 3 J = 10 А мм 2, во внешнем витке 4 J = 10 А мм 2. Боковые поверхности витков 3 и 4 образованы вращением кривых Безье второго порядка относительно оси симметрии r = 0. На 89 Секция Неразрушающие методы контроля торцах цилиндрической области z = ±0.4 м задаются граничные условия магнитной изоляции A = 0. Область 1- вакуум. Краевая задача решалась методом конечных элементов с помощью электромагнитного модуля FEMLAB.

Силовые линии магнитного поля представлены на рис.3, на этом же рисунке стрелками изображается вектор магнитной индукции. Поле в области между витками 3 и 4 имеет бочкообразную структуру, характерную для полей бетатронов, с показателем спадания n = (r B z ) (B z r ) = 0.56 в медианной плоскости z = 0, в окрестности равновесной орбиты R0 = 7 см.

Распределение B z в зависимости от радиуса приведено на рис.4. На рис. представлены зависимости Br от радиуса в различных плоскостях z = 10,...0,...10 мм.

Моделирование показывает, что с помощью предложенного способа возможно формирование магнитного поля бетатронного типа, а показателем спадания магнитного поля n можно управлять, меняя кривизну профиля витков 3 и 4 (рис.2), а также изменяя толщину их фланцев.

Рис.5. Зависимость Br от радиуса в Рис.4. Зависимостьт радиуса в медианной медианной плоскости z=0, z= ± 10мм плоскости Еще одно преимущество предлагаемой схемы состоит в следующем. Если в качестве вакуумных уплотнителей 8, расположенных сверху и снизу одновитковой обмотки, а также в разрыве радиального разреза 3 применить стекло, и, при этом использовать вакуумные спаи “металл – стекло”, то можно получить готовую вакуумную камеру, которая в любом действующем ускорителе является самостоятельным, сложным и трудоемким в изготовлении узлом.

Интересно отметить, что в мире возник спрос на ускорители на небольшие энергии. Япония проявляет интерес к бетатронам на энергию до 1 МэВ. Тесно сотрудничающая с нами американская фирма “Adelphi Technology Inc” (USA) самостоятельно провела маркетинговые исследования и установила, что спрос на продажи бетатронов на энергию 1 – 2 МэВ достаточно велик. Речь идет о 90 Секция Неразрушающие методы контроля конкурентном замещении радиоактивных источников на основе Ir192.Такой источник радиоактивен, быстро распадается и его приходится покупать два раза в год по цене ~ 2000 долларов.

Основные дистрибьюторы Ir192 согласны в качестве альтернативы заменить такие источники на бетатроны, способные удовлетворять следующим параметрам:

мощность дозы тормозного излучения – 0,4 мРад/мин·м, масса излучателя не более 20 кг, потребляемая от сети мощность менее 1,8 кВт. Один из дистрибьюторов, имея примерно 25% рынка Ir192, считает возможным продавать до 30 бетатронов в год по цене порядка 30000 долларов. Линейные ускорители при этом не рассматриваются.

Мы считаем, что ускоритель, созданный на основе предложенной нами идеи, удовлетворит приведенным выше требованиям.

1. М о с к а л е в В. А. Индукционный ускоритель заряженных частиц. Патент РФ № 2193829, Бюлл. №33, 2002 г.

ИЗОЛЯЦИЯ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ КАК ОБЪЕКТ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Редько В.В., Бурцева Л.Б.

Томский политехнический университет ultratone@rambler.ru При производстве кабельных изделий необходимо контролировать целостность их изоляции. Обязательному контролю подлежат все производимые кабельные изделия по всей своей длине. Контроль осуществляется электроискровым неразрушающим методом. При движении изделия по технологической линии к поверхности его изоляции прикладывается высокое напряжение посредством специальных электродов, а токопроводящая жила или броня заземляется. При попадании дефектного участка кабельного изделия в поле испытаний изменяются параметры электрического поля, что фиксируется электроискровым дефектоскопом (испытателем). Важным параметром испытателя является его возможность воспроизводить условия испытаний. Для этого испытательное оборудование должно обладать достаточной мощностью, чтобы обеспечить необходимую величину испытательного напряжения на изоляции контролируемого кабельного изделия. Так же должна быть обеспечена и жесткость внешней характеристики источника высокого напряжения при изменениях электрических параметров объекта контроля и режимов технологического процесса. Недостаточная мощность испытателя приведет к снижению достоверности контроля. Необоснованно завышенная мощность приведет к увеличению затрат на контроль и снижению его элекробезопасности. Ниже приводятся результаты исследований, устанавливающие взаимосвязь параметров технологического процесса, конструкции и материалов 91 Секция Неразрушающие методы контроля кабельного изделия с необходимыми электрическими характеристиками высоковольтного испытателя. Исследованию подлежали следующие зависимости:

• Растекание испытательного напряжения по поверхности контролируемой изоляции;

• Изменение погонных электрической емкости и сопротивления при повышенных напряжениях;

• Влияние параметров технологического процесса на электрические характеристики контролируемой изоляции.

Зависимость распределения высокого напряжения по поверхности контролируемой изоляции является важным фактором электроискрового контроля в связи с тем, что в зависимости от условий испытаний это расстояние сопоставимо с длинной электродного узла испытательного оборудования. На рисунках 1 и приведены диаграммы распределения напряжения по поверхности сухой изоляции резинового кабеля ПРСН 22,5.

U, кВ 3, 2, 2, 1, f=1000 Гц Пост. ток 1, f=50 Гц 0, r, мм 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 Рис. 1. Растекание испытательного напряжения по поверхности испытуемого кабеля ПРСН 22,5 при Uисп= 3 кВ Из приведенных зависимостей видно, растекание напряжения увеличивается с ростом частоты и амплитуды испытательного напряжения.

В технике высоких напряжений известны работы, посвященные скользящим разрядам вдоль поверхности диэлектрика. Длину канала Lск скользящего разряда в зависимости от приложенного напряжения U и удельной поверхностной емкости С можно определить по эмпирической формуле Тэплера [1]:

Lск = С 2U 5 4 dU dt где - коэффициент, определяемый опытным путем.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.